Bên mình chuyên nhận thiết kế các đồ án, dự án cơ điện tử, tự động hóa Luôn đảm bảo thời gian hoàn thành, chất lượng sản phẩm và giá cả Các bạn có nhu cầu hỗ trợ đồ án ,đặt đồ án, liên hệ
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẢNH BÁO NỒNG ĐỘ CỒN KHI LÁI XE, XÁC ĐỊNH TAI NẠN GỬI VỊ TRÍ VỀ ĐIỆN THOẠI
Tổng quan về thực trạng
Theo Dự án xây dựng chiến lược An toàn giao thông với xe máy do Quỹ hội nhập Nhật Bản - ASEAN (JAIF) tài trợ, Việt Nam hiện đứng đầu ASEAN về tỷ lệ xe máy trên tổng số phương tiện cơ giới đường bộ Trong giai đoạn 1999 - 2000, số lượng xe máy tăng trung bình 500.000 xe mỗi năm, nhưng từ 2001 - 2006, sự bùng nổ xe máy Trung Quốc vào thị trường Việt Nam đã khiến tỷ lệ xe máy tăng hơn 4 lần, với mức tăng trung bình trên 2 triệu xe mỗi năm Từ năm 1990 đến 2018, tổng số xe máy ở Việt Nam đã tăng khoảng 48 lần, từ hơn 1.209.000 xe lên gần 58.170.000 xe.
Năm 2021, doanh số xe máy tại Việt Nam đạt gần 2,5 triệu xe, tương đương với việc có khoảng 5 xe máy mới được tiêu thụ mỗi phút Hiệp hội các nhà sản xuất xe máy VAMM cho biết tổng doanh số năm 2021 là 2.492.372 xe, giảm 8,12% so với năm 2020, tương đương với gần 7.000 xe tiêu thụ mỗi ngày.
Hình 1 1 Xe máy là phương tiện giao thông chính hiện nay
Xe máy hiện nay là phương tiện di chuyển phổ biến, nhưng chi phí cho các hệ thống chống trộm như Smartkey trên xe Honda có thể lên tới 6,8 triệu đồng, điều này làm khó khăn cho nhiều chủ xe Tình trạng trộm cắp xe máy đang diễn ra phức tạp với những kẻ trộm ngày càng chuyên nghiệp trong việc phá khóa Tuy nhiên, những xe được trang bị hệ thống chống trộm sẽ khó bị lấy cắp hơn.
Giới thiệu sơ lược về GSM
GSM là viết tắt của từ “The Global System for Mobile
"Communication" có nghĩa là mạng thông tin di động toàn cầu Tiêu chuẩn GSM cho phép các thuê bao duy trì liên lạc khi di chuyển qua các vị trí địa lý khác nhau.
Vào đầu thập niên 1980, châu Âu đã phát triển một mạng điện thoại di động chỉ sử dụng trong một số khu vực Năm 1982, CEPT (Hội nghị Châu Âu về Bưu chính và Viễn thông) đã chuẩn hóa mạng này và thành lập Groupe Spécial Mobile (GSM) nhằm mục đích sử dụng chung cho toàn châu Âu.
Mạng điện thoại di động sử dụng công nghệ GSM được xây dựng và đưa vào sử dụng đầu tiên bởi Radiolinja ở Phần Lan.
Vào năm 1989 công việc quản lý tiêu chuẩn vá phát triển mạng GSM được chuyển cho viện viễn thông châu Âu (European Telecommunications Standards Institute - ETSI), và các tiêu chuẩn, đặc tính phase 1 của công nghệ GSM được công bố vào năm 1990 Vào cuối năm 1993 đã có hơn 1 triệu thuê bao sử dụng mạng GSM của 70 nhà cung cấp dịch vụ trên 48 quốc gia.
Các mạng điện thoại GSM áp dụng công nghệ TDMA (Time Division Multiple Access), cho phép 8 điện thoại di động chia sẻ một kênh thoại bằng cách sử dụng 1/8 khe thời gian để truyền và nhận dữ liệu Tại Việt Nam, các nhà mạng như Vinaphone, Viettel và Mobiphone đang sử dụng công nghệ TDMA này.
Ngoài công nghệ TDMA, còn có công nghệ CDMA (Code Division Multiple Access), nghĩa là phân chia truy cập dựa theo mã CDMA sử dụng mã số riêng cho mỗi cuộc gọi, không giống như TDMA, công nghệ này không chỉ sử dụng một kênh tần số mà tận dụng toàn bộ phổ tần số với nhiều kênh truyền hoạt động đồng thời để thực hiện các cuộc đàm thoại.
Cấu trúc cơ bản của mạng di động gồm có MSC-tổng đài chuyển mạch, BSS-trạm thu phát vô tuyến và MS-điện thoại di động.
Hình 1 2 hệ thống Global system for mobile
Trạm di động (MS) bao gồm điện thoại di động và thẻ SIM xác thực thuê bao, cho phép người sử dụng truy cập dịch vụ đã đăng ký trên bất kỳ máy điện thoại di động GSM nào Mỗi điện thoại di động được nhận diện qua số IMEI (International Mobile Equipment Identity), trong khi thẻ SIM chứa số IMSI (International Mobile Subscriber Identity) để xác định thuê bao di động.
Hệ thống nhận dạng thuê bao quốc tế (International Subscriber Identity) sử dụng mã xác thực và thông tin khác để đảm bảo tính bảo mật IMEI và IMSI hoạt động độc lập nhằm bảo vệ quyền riêng tư cá nhân Thẻ SIM có khả năng ngăn chặn việc sử dụng trái phép thông qua mật khẩu hoặc mã PIN.
Hệ thống trạm gốc bao gồm hai thành phần chính: Trạm thu phát gốc (BTS) và Trạm điều khiển gốc (BSC) Hai phần này kết nối với nhau thông qua giao diện Abis, tạo điều kiện cho các thiết bị của các nhà cung cấp khác nhau có thể tương tác và hoạt động đồng bộ.
Trạm thu phát gốc (BTS) đóng vai trò quan trọng trong việc xác định ô (cell) và thiết lập giao thức kết nối vô tuyến với trạm di động Trong các khu đô thị lớn, số lượng BTS cần lắp đặt rất nhiều, do đó, yêu cầu đối với các trạm này là phải chắc chắn, ổn định, có khả năng di chuyển và có giá thành tối thiểu.
Trạm điều khiển gốc (BSC) quản lý tài nguyên vô tuyến cho một hoặc nhiều trạm BTS, thực hiện các chức năng như thiết lập kênh vô tuyến, phân bổ tần số và chuyển vùng BSC đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối giữa trạm di động và tổng đài chuyển mạch di động MSC.
Phần NSS trong kiến trúc mạng GSM, hay còn gọi là mạng lõi, có vai trò quan trọng trong việc theo dõi vị trí của người gọi để cung cấp dịch vụ di động Các nhà cung cấp dịch vụ di động sở hữu NSS, bao gồm nhiều bộ phận như trung tâm chuyển mạch di động (MSC) và bộ ghi địa chỉ thường trú (HLR) Các thành phần này thực hiện nhiều chức năng thiết yếu, bao gồm định tuyến cuộc gọi, dịch vụ tin nhắn ngắn (SMS), xác thực và lưu trữ thông tin tài khoản của người dùng qua thẻ SIM.
Tổng đài chuyển mạch di động MSC là thành phần trung tâm của hệ thống mạng di động, hoạt động tương tự như tổng đài PSTN hoặc ISDN thông thường Nó cung cấp các chức năng thiết yếu cho thuê bao di động như đăng ký, xác thực, cập nhật vị trí, chuyển vùng và định tuyến cuộc gọi MSC cũng đảm bảo kết nối với mạng cố định (PSTN hoặc ISDN) và sử dụng Hệ thống báo hiệu số 7 (SS7) để thực hiện báo hiệu giữa các thành phần trong hệ thống mạng.
Bộ ghi địa chỉ thường trú (HLR) và Bộ ghi địa chỉ tạm trú (VLR) kết hợp với tổng đài chuyển mạch di động MSC để cung cấp khả năng định tuyến cuộc gọi và roaming cho mạng GSM HLR lưu trữ tất cả thông tin quản trị cho các thuê bao đã đăng ký, bao gồm cả vị trí hiện tại của họ Vị trí thuê bao được biểu diễn dưới dạng địa chỉ báo hiệu của VLR tương ứng với trạm di động Mặc dù có thể được triển khai dưới dạng cơ sở dữ liệu phân bố, nhưng chỉ có một HLR logic cho toàn bộ mạng GSM.
Bộ ghi địa chỉ tạm trú (VLR) lưu trữ thông tin quản trị từ HLR, cần thiết cho việc điều khiển cuộc gọi và cung cấp dịch vụ cho thuê bao di động Mặc dù các chức năng này có thể được triển khai trên các thiết bị độc lập, nhưng tất cả các nhà sản xuất tổng đài đều tích hợp VLR vào MSC Điều này giúp việc điều khiển vùng địa lý của MSC và VLR trở nên đơn giản hơn thông qua tín hiệu Lưu ý rằng MSC không chứa thông tin về trạm di động cụ thể, mà thông tin này được lưu giữ trong bộ ghi địa chỉ.
Có hai bộ ghi quan trọng được sử dụng cho xác thực và an ninh trong mạng di động Đầu tiên, bộ ghi nhận dạng thiết bị (EIR) là cơ sở dữ liệu liệt kê tất cả các thiết bị di động hợp lệ, với mỗi thiết bị được phân biệt bằng số IMEI; thiết bị nào có IMEI bị đánh dấu không hợp lệ sẽ bị coi là bị mất cắp hoặc không tương thích Thứ hai, trung tâm xác thực (AuC) là cơ sở dữ liệu bảo vệ, lưu trữ bản sao các khóa bảo mật của từng thẻ SIM, phục vụ cho quá trình xác thực và mã hóa trên kênh vô tuyến.
Giới thiệu sơ lược về GPS
GPS (Hệ thống định vị toàn cầu) là một công nghệ xác định vị trí dựa trên tín hiệu từ các vệ tinh nhân tạo Hệ thống này được nghiên cứu, thiết kế và quản lý bởi Bộ Quốc Phòng Hoa Kỳ, cung cấp khả năng định vị chính xác cho người dùng trên toàn thế giới.
Kỳ Toạ độ của một điểm sẽ được xác định nếu khoảng cách từ điểm đó đến ít nhất 3 vệ tinh bất kỳ được xác định.
Các thành phần của hệ thống GPS: Có 3 phần chính
Hình 1 4 Các thành phần của hệ thống GPS
Hệ thống bao gồm 24 vệ tinh, trong đó có 3 vệ tinh dự trữ, được phân bố đều trên 6 mặt phẳng quỹ đạo và có góc nghiêng so với mặt phẳng xích đạo của Trái Đất Các vệ tinh di chuyển trên quỹ đạo gần như hình tròn, ở độ cao khoảng 20.200 km so với mặt đất, với chu kỳ quay khoảng 718 phút (xấp xỉ 12 giờ).
Mỗi ngày, vệ tinh sẽ bay qua một điểm xác định trên mặt đất, đảm bảo rằng tại mọi thời điểm và vị trí trên trái đất, ít nhất có bốn vệ tinh có thể được quan sát.
Máy phát này sản sinh tín hiệu tần số cơ sở 10.23 MHZ, từ đó tạo ra sóng tải với tần số L1 là 1227.60 MHZ Các sóng tải này được điều biến bằng hai loại mã khác nhau: C/A – Code và P- Code.
Hệ thống bao gồm 4 trạm quan sát mặt đất và 1 trạm điều khiển trung tâm tại Colorado Springs Bốn trạm quan sát còn lại được đặt tại Hawaii (Thái Bình Dương), Ascension Island (Đại Tây Dương), Diego Garcia (Ấn Độ Dương) và Kwajalein (Tây Thái Bình Dương) Những trạm này tạo thành một vành đai bao quanh trái đất, góp phần vào việc theo dõi và quản lý thông tin toàn cầu.
Đoạn điều khiển có nhiệm vụ quản lý hoạt động và chức năng của vệ tinh bằng cách theo dõi chuyển động quỹ đạo và hoạt động của đồng hồ trên vệ tinh Tất cả các trạm đều được trang bị máy thu GPS để đo khoảng cách và sự thay đổi khoảng cách tới các vệ tinh có thể quan sát, đồng thời thu thập các số liệu khí tượng Các số liệu từ mỗi trạm sẽ được truyền về trạm trung tâm, nơi xử lý các dữ liệu này cùng với số liệu đo của chính nó Kết quả xử lý sẽ cung cấp các Ephemerit chính xác cho vệ tinh và các hiệu chỉnh đồng hồ vệ tinh.
Thông tin đạo hàng và thời gian trên vệ tinh được cập nhật thường xuyên để đảm bảo độ chính xác, và sẽ được truyền tải đến người sử dụng qua các sóng L1 và L2.
Hình 1 6 các trạm điều khiển GPS
Phần sử dụng bao gồm các máy móc và thiết bị thu nhận thông tin từ vệ tinh, phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau của khách hàng trên không, trên biển và trên đất liền Các thiết bị này có thể là máy thu độc lập (định vị tuyệt đối) hoặc một nhóm máy thu hoạt động đồng thời theo lịch trình (định vị tương đối) Ngoài ra, còn có cơ chế hoạt động với một máy thu chính phát tín hiệu vô tuyến hiệu chỉnh cho các máy thu khác (định vị vi phân).
GPS hiện nay được sử dụng rộng rãi với nhiều ứng dụng hữu ích trong cuộc sống hàng ngày, bao gồm định vị cho ô tô, điện thoại di động, thiết bị chống trộm xe và các ứng dụng bản đồ.
Hình 1 7 Một vài thiết bị thu nhận GPS
Nguyên lý định vị GPS
Định vị để xác định vị trí điểm trên mặt đất thực chất là bài toán giao hội cạnh trong không gian Dựa vào hình học, nếu biết khoảng cách và tọa độ của ít nhất 4 điểm so với một điểm bất kỳ, ta có thể xác định chính xác vị trí của điểm đó Để tính khoảng cách từ máy thu đến vệ tinh, ta sử dụng công thức d = V.Δt.
Vận tốc lan truyền sóng điện từ (V) được xác định bằng tốc độ ánh sáng, trong khi Δt đại diện cho thời gian mà sóng điện từ di chuyển từ máy phát đến máy thu.
Để xác định vị trí của máy thu trong không gian, cần sử dụng các thông tin bổ sung để biết được vị trí của máy thu so với mặt đất.
Các vệ tinh GPS được đặt trên quỹ đạo chính xác, hoàn thành một vòng quanh trái đất trong 11 giờ 58 phút, và bay qua các trạm kiểm soát hai lần mỗi ngày Các trạm này có thiết bị tính toán tốc độ, vị trí và độ cao của vệ tinh, đồng thời truyền thông tin trở lại vệ tinh Khi vệ tinh đi qua trạm kiểm soát, mọi thay đổi trên quỹ đạo do sức hút của mặt trời, mặt trăng hay áp suất bức xạ mặt trời đều được xác định Vệ tinh sẽ truyền thông tin vị trí của nó so với tâm trái đất cùng với tín hiệu thời gian đến các máy thu GPS Các máy thu này sử dụng thông tin để tính toán vị trí và tọa độ theo kinh độ và vĩ độ, với hệ tọa độ toàn cầu là WGS-84.
Công nghệ định vị toàn cầu GPS hiện đang được áp dụng để xây dựng các mạng lưới khống chế trắc địa, mang lại độ chính xác cao và thời gian đo đạc nhanh chóng Việc này không chỉ tăng năng suất lao động mà còn giảm thiểu sự phụ thuộc vào con người.
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Giới thiệu về STM32F103C8T6 và kit bluepill
STM32 là dòng chip phổ biến của ST, bao gồm nhiều họ như F0, F1, F2, F3, F4, trong đó STM32F103 thuộc họ F1 với lõi ARM Cortex-M3 Vi điều khiển STM32F103 có kiến trúc 32 bit, với tốc độ tối đa lên đến 72 MHz Giá thành của nó khá rẻ so với các vi điều khiển tương tự, và mạch nạp cùng công cụ lập trình rất đa dạng và dễ sử dụng.
Một số ứng dụng chính bao gồm: điều khiển driver cho các ứng dụng, quản lý thiết bị cầm tay và thuốc, sử dụng trên máy tính và thiết bị ngoại vi chơi game, GPS cơ bản, ứng dụng trong công nghiệp, lập trình PLC, biến tần, máy in, máy quét, hệ thống cảnh báo, và thiết bị liên lạc nội bộ.
Phần mềm lập trình: có khá nhiều trình biên dịch cho STM32 như IAR Embedded Workbench, Keil C, arduino IDE,….
Thư viện lập trình cho STM32 rất đa dạng, bao gồm các loại như STM32snippets, STM32Cube LL, STM32Cube HAL, Standard Peripheral Libraries và Mbed core Mỗi thư viện có những ưu điểm và nhược điểm riêng, tuy nhiên, mình chọn sử dụng Standard Peripheral Libraries vì nó đã tồn tại lâu, phổ biến, hỗ trợ nhiều ngoại vi và dễ hiểu về bản chất lập trình.
Mạch nạp: có khá nhiều loại mạch nạp như : ULINK, J-LINK ,
CMSIS-DAP, STLINK… ở đây mình sử dụng Stlink vì giá thành khá rả và debug lỗi cũng tốt.
- Cấu hình chi tiết của STM32F103C8T6:
ARM 32-bit Cortex M3 với clock max là 72Mhz.
Bộ nhớ: o 64 kbytes bộ nhớ Flash(bộ nhớ lập trình). o 20kbytes SRAM.
The device features a clock, reset, and power management system, operating at a voltage range of 2.0V to 3.6V It incorporates Power on Reset (POR), Power Down Reset (PDR), and Programmable Voltage Detector (PVD) for efficient power management The device supports external crystal oscillators ranging from 4MHz to 20MHz, as well as internal RC oscillation at 8MHz or 40kHz Additionally, a 32.768kHz external crystal oscillator is utilized for Real-Time Clock (RTC) functionality.
Trong trường hợp điện áp thấp, thiết bị có thể hoạt động ở các chế độ như ngủ, ngừng hoạt động hoặc chờ Nguồn điện được cung cấp qua chân Vbat từ pin nhằm duy trì hoạt động của bộ RTC và lưu trữ dữ liệu khi mất nguồn cấp chính.
2 bộ ADC 12 bit với 9 kênh cho mỗi bộ. o Khoảng giá trị chuyển đổi từ 0 – 3.6V. o Lấy mẫu nhiều kênh hoặc 1 kênh. o Có cảm biến nhiệt độ nội.
Bộ chuyển đổi DMA giúp tăng tốc độ xử lý bằng cách giảm thiểu sự can thiệp của CPU, với 7 kênh DMA hỗ trợ cho các giao thức như ADC, I2C, SPI và UART.
Bài viết này đề cập đến các loại timer trong hệ thống, bao gồm 7 timer với các tính năng đa dạng Trong số đó, có một timer 16 bit hỗ trợ các chế độ IC/OC/PWM, cùng một timer 16 bit khác chuyên dùng để điều khiển động cơ với các chế độ bảo vệ như ngắt input và dead-time Ngoài ra, hệ thống còn có 2 watchdog timer để bảo vệ và kiểm tra lỗi, cùng với 1 sysTick timer 24 bit đếm xuống, phục vụ cho các ứng dụng như hàm Delay.
Hỗ trợ 9 kênh giao tiếp bao gồm: o 2 bộ I2C(SMBus/PMBus). o bộ USART(ISO 7816 interface, LIN, IrDA capability, modem control). o 2 SPIs (18 Mbit/s). o 1 bộ CAN interface (2.0B Active) o USB 2.0 full-speed interface
Kiểm tra lỗi CRC và 96-bit ID.
2.1.2 Giới thiệu về kit Bluepill
Bo mạch STM32F103C8T6 blue-pill có lõi ARM 32-bit
Cortex-M3 RISC là một chip công nghệ flash CMOS với bộ dao động bên trong từ 4 đến 16 MHz Chip này được trang bị 37 chân GPIO và 10 chân Analog, cùng với nhiều giao thức giao tiếp hiện đại như CAN và USB.
Các thiết bị ngoại vi mang lại khả năng điều khiển vượt trội cho bo mạch nhờ hoạt động với điện áp thấp, rất phù hợp cho các ứng dụng công suất thấp Chúng được trang bị bộ watchdog và window watchdog timer, đảm bảo bo mạch thực hiện chính xác các dòng lệnh.
Sơ đồ chân Kit Bluepill
Hình 2 3 sơ đồ chân kit bluepill
Hình 2 4 Mạch nguyên lý kit Bluepill
Thông số kỹ thuật của sản phẩm bao gồm: điện áp cấp 5VDC qua cổng Micro USB được chuyển đổi thành 3.3VDC qua IC nguồn, cung cấp cho vi điều khiển chính Sản phẩm tích hợp sẵn thạch anh 8MHz và thạch anh 32kHz cho các ứng dụng RTC Nó cung cấp đầy đủ chân GPIO và các giao tiếp như CAN, I2C, SPI, UART, USB, cùng với đèn LED trạng thái nguồn, LED PC13 và nút Reset Kích thước của sản phẩm là 53.34 x 15.24mm.
Giới thiệu Module Sim 800L
2.2.1 Tổng quan về Module Sim 800L
Module SIM800L GSM/GPRS là một giải pháp thu nhỏ cho các dự án IoT, cho phép thực hiện các chức năng giống như điện thoại di động, bao gồm gửi tin nhắn SMS, thực hiện và nhận cuộc gọi, cũng như kết nối internet qua GPRS (2G) và TCP/IP Đặc biệt, module này hỗ trợ mạng GSM/GPRS bốn băng tần, giúp nó hoạt động hiệu quả trên nhiều loại mạng ở các quốc gia khác nhau trên toàn cầu.
Trung tâm của module là chip SIM800L GSM của SimCom Điện áp hoạt động của chip là từ 3,4V đến 4,4V, tương thích trực tiếp với pin LiPo.
Hình 2 6 Mặt trước của module sim 800L
Module GSM SIM800L có tất cả các chân tín hiệu chính được kết nối ra header, giúp bạn dễ dàng cấp nguồn và điều khiển qua giao thức UART Nó hỗ trợ baudrate từ 1200bps đến 115200bps và có khả năng tự động điều chỉnh baudrate cho phù hợp.
Module yêu cầu một ăng-ten bên ngoài để kết nối với mạng di động Các module đi kèm với một ăng-ten xoắn ốc, được kết nối trực tiếp với chân NET.
PCB PCB cũng có cổng kết nối U.FL trong trường hợp bạn muốn gắn thêm hoặc thay đổi vị trí ăng-ten.
Hình 2 7 Mặt sau Module Sim 800L
Khe cắm SIM nằm ở mặt sau, yêu cầu thẻ micro SIM 2G đã kích hoạt Hướng dẫn lắp thẻ SIM được khắc trên bề mặt khe cắm Mặc dù module có kích thước nhỏ gọn, nhưng nó tích hợp nhiều tính năng quan trọng.
+Hỗ trợ Quad-band: GSM850, EGSM900, DCS1800 và PCS1900.
+Kết nối với tất cả các mạng GSM với bất kỳ loại SIM 2G nào.
+Thực hiện và nhận cuộc gọi thoại bằng loa ngoài 8Ω & micrô.
+Gửi và nhận tin nhắn SMS.
+Gửi và nhận dữ liệu GPRS (TCP / IP, HTTP, v.v.)
+Quét và nhận các đài phát thanh FM.
+Bộ lệnh AT dựa trên kết nối UART (Serial).
+Đầu nối FL cho ăng ten di động.
+Sử dụng thẻ micro SIM.
2.2.2 Đèn báo trạng thái Module
Module GSM SIM800 L được trang bị một đèn LED ở góc trên bên phải, giúp người dùng dễ dàng theo dõi trạng thái kết nối mạng di động Đèn LED này sẽ nhấp nháy với các mức độ delay khác nhau, phản ánh tình trạng hoạt động của module một cách trực quan.
Hình 2 8 Đèn báo trạng thái Module Sim
2.2.3.Chọn loại ăng-ten cho Module SIM800L
Mô-đun SIM800L cần ăng-ten để kết nối với mạng di động nhằm thực hiện cuộc gọi, gửi tin nhắn hoặc truyền dữ liệu GPRS Do đó, việc lựa chọn ăng-ten phù hợp là rất quan trọng Có hai phương pháp để gắn ăng-ten vào mô-đun SIM800L.
Ăng-ten GSM xoắn ốc là một giải pháp lý tưởng cho các dự án cần tiết kiệm không gian, đặc biệt là trong môi trường trong nhà Mô-đun này dễ dàng được tích hợp bằng cách hàn vào chân NET trên PCB, mang lại hiệu suất ổn định cho các ứng dụng di động.
Hình 2 10 Module Sim ăng-ten GSM 3dBi
Ăng-ten GSM 3dBi, kết hợp với dây chuyển đổi U.FL sang SMA, là một lựa chọn tiết kiệm có thể tìm thấy tại các cửa hàng linh kiện Bạn có thể dễ dàng gắn ăng-ten này vào đầu nối u.fl nhỏ ở góc trên cùng bên trái của module Loại ăng-ten này không chỉ có hiệu suất tốt hơn mà còn cho phép bạn đặt mô-đun bên trong vỏ kim loại, miễn là ăng-ten được đặt ở bên ngoài.
2.2.4.Cấp nguồn cho Module SIM800L
Một trong những yếu tố quan trọng nhất để module SIM800L hoạt động là cung cấp đủ năng lượng cho nó.
Tùy thuộc vào trạng thái của module SIM800L, mức năng lượng tiêu thụ sẽ khác nhau Mức tiêu thụ tối đa của module là khoảng 2A trong khi truyền phát Nó không thường xuyên cần dòng như vậy, nhưng có thể sẽ cần khoảng 216mA trong khi gọi điện thoại hoặc 80mA trong khi truyền dữ liệu qua GPRS Bảng dữ liệu tóm tắt dưới đây là thông số dòng điện cần cho các hoạt động của module:
Hình 2 11 Thông số kỹ thuật Module Sim
Module SIM800L không tích hợp bộ điều chỉnh điện áp, do đó cần nguồn điện bên ngoài với điện áp từ 3,4V đến 4,4V, lý tưởng là 4,1V Nguồn cung cấp phải có dòng tối đa 2A; nếu không, module sẽ liên tục bị reset Dưới đây là các lựa chọn để cấp nguồn cho module SIM800L.
2.2.5.Sơ đồ chân của Module SIM800L
Module SIM800L có tổng cộng 12 chân I/O có vị trí như hình dưới đây:
Hình 2 12 Sơ đồ chân của Module Sim
NET là chân kết nối với Ăng-ten bên ngoài.
VCC là chân cấp nguồn cho module SIM 800L với điện áp yêu cầu từ 3.4V đến 4.4V Cần lưu ý rằng việc kết nối với điện áp 5V có thể gây hư hỏng cho module, và nó cũng không hoạt động ở điện áp 3.3V Nguồn điện lý tưởng cho module này là từ Pin Li-Po hoặc mạch ổn áp DC-DC có điện áp 3.7V và dòng điện 2A.
RST (Reset) là chân dùng để reset Nối chân reset xuống mức thấp ở
100ms sẽ reset toàn bộ module.
RxD (Receiver) Chân dùng để kết nối UART.
TxD (Transmitter) Chân dùng để kết nối UART.
GND Chân nối mass, chúng ta cần nối mass chung với kit bluepill.
RING pin hoạt động tương tự như chuông điện thoại, thường được sử dụng để ngắt ngoài (Interrupt) cho vi điều khiển STM32F103C8T6 Mặc định, pin này ở mức cao và sẽ được kéo xuống mức thấp trong 120ms khi có cuộc gọi đến Ngoài ra, bạn cũng có thể điều chỉnh để xuất xung khi nhận tin nhắn SMS.
Chân DTR được sử dụng để kích hoạt hoặc hủy kích hoạt chế độ ngủ của module Khi chân này ở mức CAO, module sẽ chuyển vào trạng thái ngủ và tắt giao tiếp UART Ngược lại, khi kéo chân xuống mức thấp, module sẽ được đánh thức và hoạt động trở lại.
MIC± là 2 kết nối microphone.
SPK± là 2 kết nối của loa.
Giới thiệu về Module GPS neo 06
2.3.1.Tổng quan về Module GPS Neo 06
Mô-đun GPS NEO-6M nổi bật với độ nhạy cao và tiêu thụ điện năng thấp, giúp định vị chính xác ngay cả trong những khu vực khó khăn như đô thị chật hẹp và môi trường rừng rậm Kích thước nhỏ gọn của nó không chỉ thuận tiện cho việc lắp đặt mà còn cho phép theo dõi vị trí hiệu quả trong những tình huống mà các mô-đun GPS thông thường không thể hoạt động.
Module GPS NEO-6M có kích thước nhỏ gọn, lý tưởng cho các ứng dụng như xe hơi, thiết bị cầm tay như PDA, giám sát phương tiện, và các hệ thống định vị di động khác Ứng dụng của GPS NEO-6M mang lại sự lựa chọn tối ưu cho nhiều nhu cầu khác nhau.
2.3.2.Thông số kỹ thuật của module định vị GPS Neo-6m
+Chế độ bình thường: 50mA.
+Chế độ tiết kiệm năng lượng: 30mA.
+Nhiệt độ hoạt động -40°C to + 85°C.
+Nhiệt độ lưu trữ -55°C to + 100°C.
+VCC: Điện áp đầu vào 3,3-5,5V.
+RXD: kết nối vi điều khiển cổng nối tiếp TXD truyền.
+TXD: chân gửi cổng nối tiếp mô-đun – kết nối với cổng nối tiếp đơn chip nhận RXD.
+PPS: Pin đầu ra xung đồng hồ.
+Mô-đun PPSPin được kết nối đỏ LED ánh sáng.
+Bật ổn định: Hoạt động bình thường, nhưng không nhấp nháy vị trí : Định vị thành công
+Tốc độ truyền mặc định của mô-đun là 9600.
+Các mô-đun đi kèm với một ăng-ten gốm, và có giao diện IPEX có thể được kết nối với các ăng-ten hoạt động khác.
+Mô-đun thêm một mạch khuếch đại tần số vô tuyến để giúp tăng tốc tìm kiếm.
+Mô-đun đi kèm với một pin dự phòng có thể sạc lại có thể được tắt nguồn để duy trì dữ liệu phù du.
+Mô-đun tương thích 3,3V / 5V , thuận tiện cho việc kết nối các hệ thống vi điều khiển khác nhau.
Hình 2 14 Sơ đồ mạch nguyên lý module GPS neo06
Hình 2 15 Mặt sau và một số kích thước module GPS NEO06
Module cảm biến rung SW-420
Module cảm biến rung SW-420 sử dụng IC LM393 để phát hiện rung động trong ngưỡng có thể điều chỉnh bằng biến trở Với thiết kế nhỏ gọn và tính tương thích cao với các board STM, module này rất lý tưởng cho các dự án DIY như thiết bị nhận biết rung động, hệ thống chống trộm, cảnh báo động đất và xe thông minh.
Hình 2 16 Cảm biến rung SW420
Khi không có rung thì trở kháng ~0 Khi có rung động hoặc nghiêng trở kháng lớn.
Khi công tắc ở trạng thái bật, bất kể góc độ nào, sự rung động hoặc chuyển động sẽ khiến các con lăn trong công tắc tạo ra chuyển động, từ đó tạo ra dòng điện Điều này dẫn đến việc ngắt kết nối hoặc tăng điện trở, làm cho mạch được kích hoạt.
+Có biến trở có khả năng điều chỉnh ngưỡng ra ( đặt ngưỡng của cường độ rung).
+Chân sử dụng VCC, GND, DO
+VCC cấp điện áp từ 3.3- 5V
+DO chân đầu ra tín hiệu 0,1 đưa tín hiệu số và chân vi điều khiển hoặc relay, transistor.
Hình 2 18 Sơ đồ chân SW420
Buzzer , nút bấm
Buzzer 5 VDC là loại nút nhấn nhỏ gọn, tuổi thọ cao và có hiệu suất ổn định, có thiết kế nhỏ gọn rất phù hợp với các loại mạch còi hay mạch báo động hoạt động ở điện áp từ 3.5 đến 5 VDC, dòng tiêu thụ không lớn hơn 25 mA.
Một số giao thức truyền thông giữa cảm biến và vi điều khiển
OneWire là hệ thống bus giao tiếp được thiết kế bởi Dallas
Semiconductor Corp Giống như tên gọi, hệ thống bus này chỉ sử dụng 1 dây để truyền nhận dữ liệu
Chính vì chỉ sử dụng 1 dây nên giao tiếp này có tốc độ truyền thấp nhưng dữ liệu lại truyền được khoảng cách xa hơn.
OneWire là giao thức lý tưởng cho việc giao tiếp với các thiết bị nhỏ, cho phép thu thập và truyền nhận dữ liệu như thời tiết và nhiệt độ, phù hợp với các ứng dụng không yêu cầu tốc độ cao.
Giống như các chuẩn giao tiếp khác, 1-Wire cho phép truyền và nhận dữ liệu với nhiều thiết bị Slave trên cùng một đường truyền, nhưng chỉ có một thiết bị Master, tương tự như giao thức SPI.
Các tín hiệu sử dụng Restart , 0 write , 1 write , Read
Write 1 : truyền đi bit 1 : Master kéo xuống 0 một khoảng A(us) rồi về mức 1 khoảng B
Write 0 : truyền đi bit 0 : Master kéo xuống 0 khoảng C rồi trả về
Read : Đọc một Bit : Master kéo xuống 0 khoảng A rồi trả về 1 delay khoảng E rồi đọc giá trị slave gửi về delay F
Để chuẩn bị cho việc giao tiếp, Master cần hạ xuống mức 0 một khoảng H, sau đó nâng lên mức 1 và cấu hình Master ở chân In delay I (us) Sau đó, đọc giá trị trả về từ slave Nếu giá trị bằng 0, giao tiếp sẽ được phép thực hiện; nếu giá trị bằng 1, có thể có lỗi trong đường truyền hoặc slave đang bận.
Hình 2 21 Các thao tác hoạt động của giao tiếp onewire
Hình 2 22 Bảng giá trị thời gian
Chế độ Standard - Chế độ tiêu chuẩn: o 15.4 Kb/s o 65 às bit
Chế độ Overdrive – Chế độ tốc độ nhanh: o 125 Kb/s o 8 às bit
UART được viết tắt từ Universal Asynchronous Receiver
Transmitter là giao thức truyền thông nối tiếp hỗ trợ bởi phần cứng (hardware) UART khác biệt hoàn toàn so với các giao thức SPI và I2C, vì hai giao thức này chủ yếu dựa vào giao tiếp phần mềm.
UART là chuẩn giao tiếp đơn giản và phổ biến nhất trong kỹ thuật giao tiếp nối tiếp Hiện nay, UART được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như GPS, Bluetooth, GSM, GPRS, giao tiếp không dây và RFID.
Nhiều thiết bị máy tính cũ như chuột, bàn phím và modem thường sử dụng các connector lớn và phức tạp, cho thấy rằng hầu hết chúng đều áp dụng chuẩn giao tiếp UART.
Mặc dù giao tiếp qua cổng USB phổ biến trong các thiết bị máy tính hiện nay, UART vẫn là chuẩn giao tiếp chính cho nhiều ứng dụng Để kết nối giữa USB và UART, người ta thường sử dụng mạch chuyển đổi USB-UART.
Gần như tất cả các vi điều khiển điều có hardware UART cố định trong kiến trúc của nó Nguyên do chính cho việc tích hợp hardware
UART vào trong vi điều khiển vì đây là kiểu giao tiếp nối tiếp và nó chỉ tiêu tốn 2 chân cho việc giao tiếp này.
Trước khi khám phá chi tiết về giao tiếp UART, bao gồm cách thức hoạt động và quy trình truyền nhận dữ liệu, chúng ta cần hiểu rõ sự khác biệt giữa giao tiếp nối tiếp và giao tiếp song song.
Hình 2 23 Một số thiết bị sử dụng giao tiếp UART
Nhiều thiết bị máy tính cũ như chuột, bàn phím và modem thường sử dụng các connector lớn và phức tạp, cho thấy rằng hầu hết chúng đều áp dụng chuẩn giao tiếp UART.
Trong các thiết bị máy tính hiện nay, giao tiếp qua cổng USB thường được sử dụng, nhưng UART vẫn là chuẩn giao tiếp chính cho nhiều ứng dụng Để kết nối giữa USB và UART, các giao tiếp này được chuyển đổi thông qua mạch chuyển USB-UART.
Hầu hết các vi điều khiển đều tích hợp phần cứng UART trong kiến trúc của chúng Lý do chính cho việc này là vì UART là một phương thức giao tiếp nối tiếp, chỉ cần sử dụng 2 chân để thực hiện giao tiếp hiệu quả.
Trước khi khám phá chi tiết về giao tiếp UART, cách thức hoạt động và quy trình truyền nhận dữ liệu, chúng ta cần hiểu rõ sự khác biệt giữa giao tiếp nối tiếp và giao tiếp song song.
Việc chuyển dữ liệu số (Digital Data) từ thiết bị này sang thiết bị khác có thể thực hiện được bằng 2 cách:
Giao tiếp song song cho phép truyền tải tất cả các bit dữ liệu từ thiết bị truyền đến thiết bị nhận trong một lần nhờ vào việc sử dụng nhiều đường truyền giữa hai thiết bị Điều này được thực hiện trong một xung nhịp duy nhất, giúp tăng tốc độ truyền thông hiệu quả.
Hình 2 24 giao tiếp song song
Giao tiếp song song là phương thức truyền dữ liệu nhanh chóng nhưng đòi hỏi nhiều phần cứng và dây dẫn hơn Một ví dụ điển hình là các máy in kiểu cũ, bên cạnh đó, bạn cũng có thể thấy giao tiếp song song trong các thiết bị như RAM và PCI.
Với sự tiến bộ của ngành công nghiệp bán dẫn, các mạch tích hợp (IC) ngày càng nhỏ gọn và nhanh chóng hơn Tuy nhiên, điều này đã dẫn đến việc giao tiếp song song trở thành một điểm nghẽn trong việc truyền và nhận dữ liệu giữa các thiết bị, do yêu cầu sử dụng quá nhiều chân kết nối.
